JP3153748B2 - 渦流量計センサ - Google Patents

渦流量計センサ

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JP3153748B2 JP28480295A JP28480295A JP3153748B2 JP 3153748 B2 JP3153748 B2 JP 3153748B2 JP 28480295 A JP28480295 A JP 28480295A JP 28480295 A JP28480295 A JP 28480295A JP 3153748 B2 JP3153748 B2 JP 3153748B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、渦流量計センサに
関し、より詳細には、渦流量計を配管から取り外すこと
なく、渦検出素子部を交換可能にする渦流量計センサに
関する。
【0002】
【従来の技術】渦流量計は、周知のように、流管内に配
設された渦発生体から単位時間当りに発生するカルマン
渦の数が、所定レイノルズ数範囲で流速に比例した推測
形の流量計である。このように、渦流量計は、渦発生体
から発生するカルマン渦を検出するための渦流量計セン
サを有している。渦流量計センサには、渦発生体内に一
体に組み込まれる一体形と、渦発生体とは異なる位置に
配設された別体形とあるが、一体形の渦流量計センサは
小形な渦流量計とすることができる点で有利である。
【0003】本出願人は、以前に、以下に説明するよう
な渦発生体に着脱可能で、口径の異なるすべての渦発生
体に適用可能な渦流量計センサを提案した。
【0004】図5は、従来の渦流量計センサを説明する
ための図であり、図示の渦流量計は、被測定流体が流れ
る流管31内に渦発生体32の両端を固着しており、前
記渦発生体32の両側面には、圧力導入孔35,35が
穿孔されている。該圧力導入孔35,35は、渦発生体
32の一端側から軸方向に穿設された凹陥状の計測室3
4に連通されている。流管31の外壁には計測室34の
軸と直角な面を有する取付面33が形成されている。該
取付面33には、取付フランジ41をもった振動管36
が流管31に液密に片持支持されている。
【0005】振動管40は、有底の円筒体36と、円筒
体36の底部から同軸に伸びる受圧板36aとからなっ
ている。円筒体36の内部軸上には板状の弾性母材37
が挿入され、この両面に圧電素子38が貼着され、ガラ
ス等の高絶縁性の充填剤39により円筒体36と一体に
固着されている。
【0006】被測定流体が紙面に垂直な方向に向けて流
れた場合、渦発生体31の下流にカルマン渦が発生し、
渦発生体32の両側面には圧力変動が生ずる。この圧力
変動は、圧力導入孔35,35から計測室34内に導入
され、受圧板36aを左右方向に交番変位させる。この
交番変位は、片持支持された振動管40内に固着された
圧電素子38に伝達され、渦の圧力変動に応動する流量
に比例した渦信号が端子42より出力される。
【0007】渦流量計には、口径の大きさに従って定め
られた大きさの渦発生体が取り付けられているが、渦発
生体の大きさが異なっていても、振動管40は共通の大
きさのものが使用される。また、渦発生体32内の計測
室34に同一形状の渦流量計センサが挿入されて使用さ
れるので、生産が合理化され、安価な渦流量計を提供で
きる利点がある。しかし、図5に示した渦流量計センサ
は、振動管40と弾性母材37とがガラス等の高絶縁性
の充填剤39で一体に固着されるので、充填剤39を加
熱・冷却するなどの工程を必要とし、コスト高をまねい
た。
【0008】これを解決するため、本出願人は、先に、
充填剤39を使用しない渦流量計センサを提案した。こ
の渦流量計センサは、従来の振動管に対して、振動検出
素子を貼着した弾性母材の一端側と他端側とで支持する
構造のものである。すなわち、弾性母材の一端側(先
端)に放射状にスリットを有する円板状の板ばねを固着
して、板ばねの曲げ力により振動管の底部に着脱可能に
挿入固着し、他端側は、振動管の頭部に圧入する構造で
ある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この方式によれば、振
動管と弾性母材とを充填剤を用いることなく固着し、振
動管に作用するカルマン渦による変動圧力を忠実に弾性
母材に伝達して渦信号を検出することができる。また、
弾性母材を挿入固着した振動管の内部を気密構造にする
ことにより湿度影響を受けることもなくなる。しかし、
振動検出素子を取り付けた弾性母材を取り替えるときな
ど、弾性母材が取り付けられたままの状態で振動管を渦
発生体から取り外さなければ弾性母材を取り替えること
ができなかった。また、渦発生体から振動管を取りはず
したとき液の流出が伴うので、メンテナンスは液体の流
れを停止した状態でしか行うことができなかった。
【0010】本発明は、流体の流れを停止することなく
簡単に渦検出部を取り替えることができる渦流量計セン
サを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】発明は、渦発生体の一
端側から軸方向に穿設された凹陥状の計測室を有し、該
計測室に前記渦発生体両側面から導入された渦変動差圧
を検出する渦流量計センサにおいて、前記計測室内に挿
入された有底管状で前記渦発生体の一端側に液密に片持
支持され、渦変動差圧に応動して振動する振動管と、該
振動管内に着脱自在に支持され、該振動管の前記振動に
応動して振動し、該振動を検出する振動検出手段を有す
る渦検出部とからなり、該渦検出部は、一端が前記振動
管の底部に設けられた係止穴に、外径が該係止穴の内径
よりも僅かに大きい放射状のスリットを有する円板状の
ばね部で着脱自在に係止するばね係止手段を有し、他端
側両面に圧電素子板を貼着した弾性母材と、該弾性母材
の前記圧電素子板が貼着された区間を挟む部分を固着収
納する管状体で、該管状体の外周壁側に設けられ、前記
振動管に固着するための固着手段を有する素子カバー
で構成することにより、流体が流れているときでも液の
流出がなく簡単に渦検出部を引き抜くことで取り外すこ
とができるようにしたものである。
【0012】
【0013】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による渦流量計セ
ンサの実施の形態における振動管の例を説明するための
断面図であり、図中、1は振動管、2は頭部、3は振動
管取り付けフランジ、4は可動管部、5は受圧板、6は
空胴部、7は渦検出部の係止穴(以後、係止穴と記
す)、8はボルト穴、20は渦流量計本体、21は渦発
生体、22は流路、23は計測室、24は導圧孔であ
る。
【0014】渦流量計本体20の流路22に設けられた
渦発生体21には、渦流量計本体20に一端を開口した
計測室23が軸方向に貫通して、渦発生体21の略中央
部に達している。計測室23には、渦発生体21を流れ
と直角方向に貫通しカルマン渦による変動圧を導入する
導圧孔24が連通している。振動管1は、計測室23に
僅かな隙間を有して渦流量計本体20に、振動管取り付
けフランジ3により液密に片持支持される有底の空胴部
6を有する管状体で、底部には流れ方向の面を持つ受圧
板5が導圧孔24を略閉止する位置に僅かの隙間を有し
て設けられている。従って、空胴部6は大気開放されて
も流路22から液が流入することはない。また、空胴部
6の底部には、次に述べる渦検出部の先端を係止する小
径の係止穴7が設けられている。
【0015】図2は、本発明による渦流量計センサの実
施の形態における渦検出部の構造の一例を説明するため
の図で、図2Aは、構造を示す断面図、図2Bは、図2
Aの矢視B−B線断面図、図2Cは、ばね板であり、図
中、10は渦検出部、11は弾性母材、12は圧電素子
板、13は電極板、14は端子、15はリード線、16
はばね板、17は素子カバー、18は素子カバーフラン
ジである。
【0016】渦検出部10は、前記振動管1の空胴部6
内に着脱自在に挿入され、振動管1が受けるカルマン渦
による圧力変動を忠実に受けて電気信号に変換して出力
する部分であり、応力・歪を検出する検出素子を貼着し
た弾性母材11と、該弾性母材11に前記圧力変動が伝
達できるように前記振動管1に固着し、前記検出素子の
検出信号を伝達するための素子カバー17とからなって
いる。
【0017】弾性母材11は、異径の金属柱で、振動検
出素子としての圧電素子板、又は歪ゲージ等の応力・歪
変換素子(図においては圧電素子板12)を貼着し、上
端を素子カバー17に圧入する部分を残した2面取りを
形成する上端部11aと、中間の支持円柱部11b、お
よびばね板16を係止穴7に挿入し有効にばね作用で支
持可能にするために小径のばね取り付け部11cとから
なっている。
【0018】圧電素子板12は、弾性母材11の上端部
分11aの2面取りされた2つの面に各々金ペースト等
の導電性接着剤を用いて貼着された圧電素子であり、非
貼着面には、各々、例えば、多孔板からなる電極板13
が貼着されている。弾性母材11に貼着された各々の圧
電素子12の出力は、弾性母材11側を一方の出力端子
14aとし、対向する電極板13を接続した他方の出力
端14bとからなり各々リード線15に接続される。
【0019】素子カバー17は、検出素子部を密封する
円筒体で外周には素子カバーフランジ18が設けられて
おり、前述のように、弾性母材11を振動管1に取り付
ける機能を有している。また、素子カバー17の上端部
は、リード線15を気密に挿通する挿通管15aの外周
と接続され、下端部は、弾性母材上部11aと支持円柱
部11bとの境界近傍の図示Q部分で、溶着される。な
お、素子カバー17は内部に振動検出部を挿入するため
2分割に形成され、図示M部分で溶着される。
【0020】ばね板16は、図2Cに示すように、放射
状のスリット16bを有する円板状のばね部16aで外
径が係止穴7の内径よりも僅かに大きく、弾性母材11
のばね取り付け部11cの先端に中心部16cで溶接等
により固着される。
【0021】図3は、本発明による渦流量計センサの実
施の形態を説明するための図であり、図1,図2と同様
の作用をする部分には、図1,図2の場合と同じ参照番
号が付してある。
【0022】図3に示した渦流量計センサは、図1に示
した振動管1内に、図2に示した渦検出部10を挿入し
て振動伝達可能に一体に固着したもので、振動管1と渦
検出部10との固着部分は、係止穴7と、ばね板16の
外周のばね力による接触部分、および、振動管1の頭部
2の上面2aと素子カバーフランジ18とのボルト穴を
介したボルト締めによる部分の2箇所である。
【0023】従って、流路22に紙面と直角方向に流体
が流れ、紙面と平行な方向にカルマン渦が左右交互に発
生すると、変動圧力が生じ受圧板5を左右に振動させ
る。従って、振動管1の可動管部4は振動管取り付けフ
ランジ3を支点とし振動し、この振動は、ばね板16を
介して弾性母材11に伝えられる。弾性母材11は、上
端部11aで素子カバー17に圧入され固着されている
ので、上端部11aを支点として片持状に左右振動し圧
電素子板12に交番応力を発生させ、渦に対応した電気
信号を出力する。この場合、素子カバー17の素子カバ
ーフランジ18と弾性母材11との溶着部分Qとの区間
は弾性変形して弾性母材11の振動を可能とする。しか
し、この振動に対し抗力となるので、この部分は薄肉に
することが望ましい。
【0024】図4は、本発明による渦流量計センサの実
施の形態における他の実施例を説明するための図であ
り、図中、19は固定リングで、図1,図2と同様の作
用をする部分には、図1,図2の場合と同じ参照番号を
付してある。
【0025】図4に示した素子カバー17は、外周に僅
かに突起した係止リング部17aが設けられており、該
係止リング17a部分上面を上端内周に突起する固定リ
ング19の鍔部分19aで押えてボルト等により振動管
頭部2の上面2aに固着する。この固着手段以外には、
図3に示した渦流量計センサと同様であり、説明を省
く。なお、振動管1と渦検出部10からなる渦流量計セ
ンサは、渦発生体21内に配置したものについて説明し
たが、渦発生体21の下流に配置して渦信号を検知して
もよい。
【0026】
【発明の効果】発生体の一端側から軸方向に穿設され
た凹陥状の計測室を有し、該計測室に前記渦発生体両側
面から導入された渦変動差圧を検出する渦流量計センサ
において、前記計測室内に挿入された有底管状で前記渦
発生体の一端側に液密に片持支持され、渦変動差圧に応
動して振動する振動管と、該振動管内に着脱自在に支持
され、該振動管の前記振動に応動して振動し、該振動を
検出する振動検出手段を有する渦検出部とし、前記渦検
出部は、一端が前記振動管の底部にばね力で着脱自在に
係止するばね係止手段を有し他端側両面に圧電素子板を
貼着した弾性母材と、該弾性母材の前記圧電素子板が貼
着された区間を挟む部分を固着収納する管状体で、該管
状体の外周壁側に設けられ、前記振動管に固着するため
の固着手段を有する素子カバーとしたので、渦検出部を
渦発生体内に挿入するので小形な渦流量計とすることが
でき、しかも渦検出部は、振動管内に着脱自在に固着さ
れるので、補修時等において渦流量計を配管から取り外
して渦検出部を交換することがなく、誰にでも容易に取
り替えることが可能となり、振動検出素子として,キュ
リー点の高い、しかも高出力の圧電素子板を用いること
ができ、高範囲の流体温度でも安定して渦信号が検出可
となる。
【0027】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による渦流量計センサの実施の形態に
おける振動管の例を説明するための断面図である。
【図2】 本発明による渦流量計センサの実施の形態に
おける渦検出の構造の一例を説明するための図である。
【図3】 本発明による渦流量計センサの実施の形態を
説明するための図である。
【図4】 本発明による渦流量計センサの実施の形態に
おける他の実施例を説明するための図である。
【図5】 従来の渦流量計センサを説明するための図で
ある。
【符号の説明】
1…振動管、2…頭部、3…振動管取り付けフランジ、
4…可動管部、5…受圧板、6…空胴部、7…渦検出部
の係止穴、8…ボルト穴、10…渦検出部、11…弾性
母材、12…圧電素子板、13…電極板、14…端子、
15…リード線、16…ばね板、17…素子カバー、1
8…素子カバーフランジ、19…固定リング、20…渦
流量計本体、21…渦発生体、22…流路、23…計測
室、24…導圧孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−19918(JP,A) 実公 平5−47382(JP,Y2) 実公 平6−22171(JP,Y2) 実公 平7−55462(JP,Y2) 実公 平7−55461(JP,Y2) 特許3071997(JP,B2) 特許3069181(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 渦発生体の一端側から軸方向に穿設され
    た凹陥状の計測室を有し、該計測室に前記渦発生体両側
    面から導入された渦変動差圧を検出する渦流量計センサ
    において、前記計測室内に挿入された有底管状で前記渦
    発生体の一端側に液密に片持支持され、渦変動差圧に応
    動して振動する振動管と、該振動管内に着脱自在に支持
    され、該振動管の前記振動に応動して振動し、該振動を
    検出する振動検出手段を有する渦検出部とからなり、該
    渦検出部は、一端が前記振動管の底部に設けられた係止
    穴に、外径が該係止穴の内径よりも僅かに大きい放射状
    のスリットを有する円板状のばね部で着脱自在に係止す
    るばね係止手段を有し、他端側両面に圧電素子板を貼着
    した弾性母材と、該弾性母材の前記圧電素子板が貼着さ
    れた区間を挟む部分を固着収納する管状体で、該管状体
    の外周壁側に設けられ、前記振動管に固着するための固
    着手段を有する素子カバーとからなることを特徴とす
    流量計センサ。
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